无人机继续推进无线充电解决方案

有大公司计划提供基于无人机机队的服务，他们都渴望克服一个重大的运营挑战：商用无人机的飞行时间受到电池容量有限的限制。解决该问题的一种方法是采用更高效、更灵活的充电解决方案。这解释了对 WiBotic 的浓厚兴趣，WiBotic 设计和制造为无人机和机器人电池充电的解决方案。这家成立 4 年的初创公司已获得 570 万美元的 A 轮融资。

投资者包括 Junson Capital、SV Tech Ventures、Rolling Bay Ventures、Aves Capital、The W Fund 和 WRF Capital 等。

WiBotic 为空中、移动、海洋和工业机器人市场提供无线充电和电源优化解决方案。其自适应匹配技术为感应功率传输提供了一种新方法，该公司称该方法可提供无人机和其他飞行设备所需的功率水平。

此类优化解决方案通过软件库提供对电池充电参数的详细监控。结合无线充电硬件的战略部署，这些软件功能旨在优化无人机的正常运行时间。

WiBotic 无线充电解决方案还可以处理充电调度；它们旨在为多个机器人在不同时间从同一个发射器充电扫清障碍。

无线功率传输 (WPT)

使用电磁场作为电力来源可以追溯到 19 世纪后期，当时尼古拉·特斯拉首次展示了无电线的电力传输。无线方法是众所周知的，但发射机的设计、它们的位置、最大化效率以及对整个系统的验证行为的需要代表了一个复杂的挑战，需要特定的技能和使用先进的工具，如数值模拟。最常见的 WPT 系统使用的方法是电感耦合或 MRI，它们各有优缺点。

最常见的方法是感应方法——通常在消费设备中发现。不幸的是，它们仅在天线非常靠近时才有效。机器人和无人机无法精确定位自己，以确保感应系统提供可靠的充电。

磁共振技术是最新的技术，可提供更大的定位灵活性。然而，典型的共振系统有一个特殊的区域，可以在其中发挥最大的效率。但是，如果机器人短暂停止或偏离中心，则效率会降低，充电时间也会增加。

WiBotic 技术基于电感和谐振系统的优势，因为它结合了两者的优点。 “我们获得专利的自适应匹配系统持续监控相对天线位置并动态调整硬件和固件参数以保持最高效率——提供可靠的充电、高功率水平以及几厘米的垂直、水平和角度偏移，”Ben Waters 说， WiBotic 的 CEO。

图 1：各种技术的效率。单击图像放大。 （来源：Wibotic）

软件算法

知道何时在电池电量低时为无人机充电是评估停机时间的一个重要功能。不同的机器人会有不同类型的电池化学成分、电压和电流。 WiBotic 的能源优化软件能够评估进入充电的机器人并确定最佳充电方式。

Wibotic 固件允许机器人操作员监控和设置所需的充电参数。机载大脑允许无人机直接访问机载充电器以执行相同的功能。结构化无线充电网络的架构让机器人保持充电状态，最大限度地减少停机时间，降低机器人车队的整体成本。

“我们在机器人方面的许多创新都来自发射器上 RF 放大器的输出，然后在接收器侧，整流器的输入，在这里我们能够动态调整我们的系统阻抗，以确保我们通过保持空芯变压器两侧的源阻抗和负载阻抗匹配来最大化我们的功率传输。我们正在非常快速地实时动态调整和感知事物，以适应系统中发生的运动或中断或变化，”沃特斯说。

Wibotic 系统架构

无人机无线充电站是一个方形平台（标准垫为 3 英尺 x 3 英尺），由一个“智能”感应板组成，在无人机着陆期间，它确定供应给飞机的电池类型，从而建立正确的充电参数。

所有 WiBotic 无线充电系统均由四个主要硬件组件组成：发射器单元、发射器天线线圈、车载充电单元、接收天线线圈。

图 2：Wibotic 架构框图。单击图像放大。 （来源：Wibotic）

发射单元通过交流电源产生高频无线电力信号。信号通过 SMA 同轴电缆传输到发射天线线圈，在那里它产生电场和磁场。线圈可以根据无人机的跑道安装在任何方向。

发射器单元可识别任何配备车载充电单元和接收器天线线圈的机器人，并自动激活以提供适量的能量。收集线圈为车载充电器电路提供能量。车载充电器将信号转换回直流电压并控制电池充电功能，为各种电池安全充电。

“我们使用的处理器是基于 ARM 的 STM32 微控制器。我们使用复杂的状态机以及在处理器本地运行的动态控制算法。这些共同决定了应如何根据传入信号更改输出。如果您发送数百瓦的功率并且更改了错误的参数，您可能很容易破坏系统而不是使系统受益。因此，能够确定如何实时应对不断变化的条件是我们系统的重要组成部分。当你需要快速做事并且你没有大量的计算能力时，它需要在软件和硬件上进行相当好的优化。在我们的射频放大器中使用 GaN 技术半导体是优化硬件性能不可或缺的一部分，”该公司首席软件工程师 Alex Huttunen 说。

GaN 技术通过以最高效率在高开关频率下运行，提供这些条件所需的无线自主充电。 WiBotic 与 GaN Systems Inc. 合作，集成了 GaN 设备，以提供无人机和机器人所需的功率水平和天线范围要求。此外，Vicor 48V VI 芯片 PRM 稳压器 PRM 为 WiBotic TR-110 无线充电站上的发射器供电，后者为机器人/无人机机载接收器无线供电。 PRM 接受来自 AC-DC 电源的 48V，输出电压自适应控制并在 20-55V 左右切断。

图 3：具有无线充电功能的机器人。单击图像放大。 （来源：Wibotic）

“我们主要专注于机器人、自动化和工业设备。但是，我们对无线充电在许多行业的发展感到非常兴奋； WiBotic 的业务发展副总裁马特卡尔森说，它在手机中的采用正在增加，并扩展到许多其他行业。他继续说道，“我们正在根据历史趋势开发更多与 AI 和机器学习保持一致的算法，并将它们应用于分析的未来性能，特别是围绕电池充电。”

借助无线无人机充电系统，可以使用基于云的软件、API 和工具远程监控和控制整个充电过程，以确保无人机在需要时尽快充电，或在飞行计划不大量时更慢。

>> 本文最初发表于我们的姊妹网站 EE Times。